福建省长泰一中高三物理 第七章 实验九 测定电源的电动势和内阻复习课件 新人教版选修31.ppt

实验九测定电源的电动势和内阻 1 测定电源的电动势和内阻 2 掌握用图象法求电动势和内阻 1 实验依据闭合电路欧姆定律 2 实验电路 如图 3 e和r的求解 由u e ir得 解得 4 作图法处理数据 如图所示 1 图线与纵轴交点为e 2 图线与横轴交点为 3 图线的斜率绝对值表示 电池 被测电源 电压表 电流表 滑动变阻器 开关 导线 坐标纸 铅笔 一 实验步骤1 电流表用0 6a量程 电压表用3v量程 按实验电路图连接好电路 2 把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端 3 闭合开关 调节变阻器 使电流表有明显示数并记录一组数据 i1 u1 用同样方法测量几组i u值 填入表格中 4 断开开关 拆除电路 整理好器材 锦囊妙诀 滑动变阻为外电阻 列表记录两表读数 电压变化便于作图 u轴起点要看清楚 求解e r要用u i图 二 数据处理1 设计表格 将测得的几组u i值填入表格中 2 列方程组求解电动势和内阻的大小 根据以上三组方程分别求出e r 再取其平均值作为电源的电动势e和内阻r 3 用图象法处理数据在坐标纸上以路端电压u为纵轴 干路电流i为横轴建立u i坐标系 在坐标平面内描出各组 i u 值所对应的点 然后尽量多地通过这些点作一条直线 不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧 则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小 一次函数的纵轴截距 直线的斜率绝对值即为电池的内阻r 即 1 偶然误差 1 由读数不准和电表线性不良引起误差 2 用图象法求e和r时 由于作图不准确造成误差 2 系统误差 1 若采用甲图 其u i图象如乙图所示 由于电压表的分流作用造成误差 结论 当电压表示数为零时 iv 0 ia i短 短路电流测量值 真实值 e测 e真 因为所以r测 r真 2 若采用丙图 其u i图象如丁图所示 由于电流表的分压作用造成误差 结论 e为真实值 i短测r真 r测为r真和ra的串联值 由于通常情况下电池的内阻较小 所以这时r测的误差非常大 1 为了使电池的路端电压变化明显 电池的内阻宜大些 选用已使用过一段时间的干电池 2 要测出不少于6组的 i u 数据 且变化范围要大些 然后用方程组求解 并求平均值 3 若u i图线纵轴刻度不是从零开始 则图线和横轴的交点不再是短路电流 电源的内阻不能用确定 应根据确定 以上测量方法一般称为伏安法 测电源的电动势和内阻还有以下几种方法 1 安阻法用一个电流表和电阻箱测量 电路如图甲所示 测量原理为 e i1 r1 r e i2 r2 r 由此可求出e和r 此种方法使测得的电动势无偏差 但内阻偏大 2 伏阻法用一个电压表和电阻箱测量 电路如图乙所示 测量原理为 由此可求出r和e 此种方法测得的电动势和内阻均偏小 3 粗测法用一只电压表粗测电动势 直接将电压表接在电源两端 所测值近似认为是电源电动势 此时需满足4 双伏法用两个电压表可测得电源的电动势 电路如图所示 测量方法为 断开s 测得v1 v2的示数分别为u1 u2 此时 rv为v1的内阻 再闭合s v1的示数为u1 此时解方程组可求得e和r 热点一用图象处理实验数据 确定被测量 例证1 2012 福建高考 某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势e 1 先直接用多用电表测定该电池电动势 在操作无误的情况下 多用电表表盘示数如图 其示数为 v 2 然后 用电压表 电阻箱r 定值电阻r0 开关s 若干导线和该电池组成电路 测定该电池电动势 根据电路图 用笔画线代替导线 将实物图连接成完整电路 闭合开关s 调整电阻箱阻值r 读出电压表相应示数u 该学习小组测出大量数据 分析筛选出下表所示的r u数据 并计算出相应的与的值 请用表中数据在坐标纸上描点 并作出图线 从图线中可求得e v 规范解答 1 选择中间标尺 10v量程最小刻度为0 2v 因此示数为 2 依电路图连接实物图如图所示 据表格数据描点所作图象如图所示 据闭合电路欧姆定律得因此据图象纵坐标读数的倒数得e 10 0v 9 5v 11 1v 答案 1 9 4 2 见规范解答 10 0 热点二实验电路的改进和分析 例证2 2012 南平模拟 在如图所示的电路中 a b c为三节干电池 实验中理想电压表和理想电流表的示数如表所示 1 根据表中实验数据 计算出表中空格处小灯泡的电阻和功率 2 如果干电池a和b具有相同的电动势和内阻 则根据表中实验数据 可计算出干电池a的电动势为 v 内阻为 3 当开关s与接线柱3连接时 串联电池组的总电动势增大 但电流表的示数反而减小 其原因可能是 规范解答 1 s接2 此时电压为2 7v 电流为0 3a 故电阻为9 00 s接3 此时电压为2 55v 电流为0 29a 故功率为0 74w 2 将数据代入e i r r 组成方程组 解得电动势为1 50v 内阻为0 50 3 电流表示数减小的原因可能是干电池c的电动势较小 内阻较大 答案 1 9 000 74 2 1 500 50 3 见规范解答 1 2013 福州模拟 某同学用电压表 电流表测量一节干电池的电动势和内阻 采用的电路图如图所示 实验操作正确 他记录了七组 u i 数据 关于数据的处理 下列操作正确的是 a 电压表的读数u的平均值等于电动势eb 任意取两组数据 代入方程e u1 i1r 求出e rc 画出u i图像 由图像求e rd 以上说法都正确 解析 选c 电压表测的是外电路两端的电压 不等于电动势 a错误 测量的偶然误差很大 b错误 画出u i图像 这七组数据对应的点不一定都在一条直线上 作u i图像时 舍去误差较大的点 故由图像法求e r可减小偶然误差 故正确操作应为c 2 如图甲所示的电路是实验室测量电源电动势和内阻的电路图 按电路甲进行实验 根据测得的u i数据画出u i图象 如乙图所示 则电动势测量值e 内阻测量值r 电动势测量值与真实值相比 内阻测量值与真实值相比 填 偏大 相等 或 偏小 解析 u i图象纵轴上截距为电源电动势 故e u2由u i图象 由于系统误差 电动势和内阻的测量值都比真实值偏小 答案 u2偏小偏小 3 2012 龙岩模拟 用如图所示的电路 测定一节干电池的电动势和内阻 电池的内阻较小 为了防止在调节滑动变阻器时造成短路 电路中用一个定值电阻r0保护电路 除电池 开关和导线外 可供使用的实验器材还有 a 电流表 量程0 6a 3a b 电压表 量程3v 15v c 定值电阻 阻值1 额定功率5w d 定值电阻 阻值10 额定功率10w e 滑动变阻器 阻值范围0 10 额定电流2a f 滑动变阻器 阻值范围0 100 额定电流1a 那么 1 要正确完成实验 电压表的量程应选择 v 电流表的量程应选择 a r0应选择 的定值电阻 r应选择阻值范围是 的滑动变阻器 2 引起该实验系统误差的主要原因是 解析 1 由于电源电动势在1 5v左右 故选量程为3v的电压表 电池允许通过的最大电流大约为0 5a 故选量程为0 6a的电流表 由于电池内阻很小 故选电阻值较小的定值电阻为保护电阻 阻值为1 为了更方便调节电路 滑动变阻器选0 10 2 产生系统误差的原因是由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出的电流小 造成e测 e真 r测 r真 答案 1 30 610 10 2 由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出的电流小 4 在测量电源的电动势和内阻的实验中 由于所用的电压表 视为理想电压表 的量程较小 某同学设计了如图所示的实物电路 1 实验时 应先将电阻箱的电阻调到 选填 最大值 最小值 或 任意值 2 改变电阻箱的阻值r 分别测出阻值r0 10 的定值电阻两端的电压u 下列两组r的取值方案中 比较合理的方案是 选填 1 或 2 3 根据实验数据描点 绘出的图象是一条直线 若直线的斜率为k 在坐标轴上的截距为b 则该电源的电动势e 内阻r 用k b和r0表示 解析 1 为了安全 电阻箱的阻值应先调到最大值 2 若r 300 电流约为a 0 03a 若r 60 电流约为a 0 13a 后者电流读数大 误差小 所以比较合理的是方案2 3 电流图象的斜率k 截距所以电动势内阻 答案 1 最大值 2 2 3 5 2012 重庆高考 某中学生课外科技活动小组利用铜片 锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池 他们测量这种电池的电动势e和内阻r 并探究电极间距对e和r的影响 实验器材如图所示 1 测量e和r的实验方案为 调节滑动变阻器 改变电源两端的电压u和流过电源的电流i 依据公式 利用测量数据作出u i图象 得出e和r 2 将电压表视为理想表 要求避免电流表分压作用对测量结果的影响 请在题图中用笔画线代替导线连接电路 3 实验中依次减小铜片与锌片的间距 分别得到相应果汁电池的u i图象如图中 a b c d 所示 由此可知 在该实验中 随电极间距的减小 电源电动势 选填 增大 减小 或 不变 电源内阻 选填 增大 减小 或 不变 曲线 c 对应的电源电动势e v 内阻r 当外电路总电阻为2500 时 该电源的输出功率p mw 均保留三位有效数字 解析 1 根据闭合电路的欧姆定律可知 电源路端电压u 电源电动势e 电流以及内电阻r这几个物理量之间的关系是u e ir 2 为了避免电流的分压作用 电流表应该外接 也就是说 电压表要并联在电源两端 3 u i图象纵轴截距表示电源电动势 从图象上看 纵轴截距没有变化